RAM-analysar for jernbaneinfrastruktur

Klara Marie Øien Sæverud

Reliability, Availability, Maintainability and Safety (RAMS) Hovudrettleiar: Jørn Vatn, MTP

Medveiledar: Marte Mikalsen, Bane NOR

Institutt for maskinteknikk og produksjon Innlevert: juli 2017

Noregs teknisk-naturvitskaplege universitet

Forord

Masteroppgåva er gjennomført våren 2017 som den avsluttande delen av det toårige masterprogrammet i sikkerheit, pålitelegheit og vedlikehald ved institutt for produksjon og maskinteknikk ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU). Arbeidet er gjennomført i samarbeid med Bane NOR, og arbeidsmengda svarar til 30 studiepoeng.

Tema for masteroppgåva er RAM-analysar for jernbaneinfrastruktur. Sommaren 2016 hadde eg sommarjobb i Jernbaneverket, der eg erfarte at gjennomføring av RAM-analysar for jernbaneinfrastruktur kan vere utfordrande. Dette danna grunnlaget for temaet i eit

fordjupingsprosjekt som eg gjennomførte hausten 2016, og vidare også for temaet i denne masteroppgåva.

Det er gått ut ifrå at lesaren av masteroppgåva har grunnleggande kunnskap om RAMS, statistikk og jernbane. Forklaring av teorien og omgrepa som er nytta i oppgåva, er likevel gjort på ein måte som forhåpentlegvis gjer oppgåva forståeleg, også for lesarar utan denne kunnskapen.

Trondheim, 2017-07-08

Klara-Marie Øien Sæverud

Anerkjenning

Eg vil takke vegleiaren min professor Jørn Vatn for god oppfølging gjennom arbeidet med masteroppgåva. Vegleiingsmøter med tilbakemeldingar, råd og innspel frå han har vore svært verdifult og viktig for resultatet av oppgåva. Eg vil også takke Marte Mikalsen frå Bane NOR som har kome med gode innspel undervegs i prosessen, sett meg i kontakt med

nøkkelpersonar og hjelpt meg å få tak i nødvendige dokument og datamateriale for

gjennomføring av oppgåva. Til slutt vil eg takke familie, venar og medstudentar som har vore viktige støttespelarar gjennom heile prosessen.

K.M.Ø.S.

Samandrag

Ved bygging av ny jernbaneinfrastruktur, eller betydeleg endring av eksisterande jernbaneinfrastruktur, skal det gjennomførast RAM-analysar. Slike analysar vurderer jernbaneinfrastrukturen si yting, i form av evna den har til å vere i ein tilstand der tog kan køyre som planlagt, utan at det oppstår forseinking eller kanselleringar i togtrafikken. Bane NOR er ansvarleg for den nasjonale jernbaneinfrastrukturen, og har utvikla ein metodikk for RAM-analysar. Delar av denne analysemetodikken kan vere utfordrande å gjennomføre i praksis, blant anna fordi den hovudsakleg baserar seg på ekspertvurderingar der ekspertane må fastsette dei totale konsekvensane av feil i infrastrukturen, utan å kunne støtte seg på utrekningsmodellar eller systematiserte erfaringsdata.

Målet med masteroppgåva er å kome med forslag til forbetringar til RAM-analysemetodikken til Bane NOR. Som eit grunnlag for å kunne gjere dette er krav og retningslinjer for

gjennomføring av RAM-analysar for jernbaneinfrastruktur i Noreg studert, og det er gjort ein dokumentstudie av analyserapportar frå tidlegare gjennomførte RAM-analysar.

Analyserapportane er samanlikna med gjeldande krav og retningslinjer for RAM-analysar, ved hjelp av ein guide som er utvikla for formålet. I tillegg er det gjennomført statistiske analysar, for å vurdere muleg bruk av erfaringsdata og statistikk, på områder i RAM- analysemetodikken som i dag baserar seg på ekspertvurderingar.

Funn frå dokumentstudien stadfestar at RAM-analysemetodikken til Bane NOR har

utfordringar og forbetringspotensiale. Basert på informasjon og erfaringar som er henta ut ifrå dei studerte analyserapportane er større grad av standardisering, innføring av akseptkriterium for regularitet, nærmare vurdering av metode for fastsetting av akseptkriterium, retningslinjer for handtering av usikkerheit og bruk av statistikk og erfaringsdata i større omfang enn i dag foreslått som mulege forbetringar til Bane NOR sin RAM-analysemetodikk.

Vurdering av omfang av forseinking ved feil i jernbaneinfrastruktur er ein sentral del av RAM-analysane til Bane NOR. TIOS og BaneData er databasar som inneheld informasjon om høvesvis forseinkingar og feil i infrastrukturen. Informasjon frå desse to databasane er kopla saman, for å kunne nytte multippel lineær regresjon til å estimere kor mykje forseinking som oppstår ved feil i jernbaneinfrastruktur. Det er utvikla to regresjonsmodellar til dette

modell som ser på total forseinking for alle tog som er forseinka på grunn av ein feil.

Forklaringsvariablane i regresjonsmodellane er nedetid ved feil, tal på tog som køyrer på strekninga, kapasitetsutnytting på strekninga, tidspunkt for feil, faggruppe objektet som har feila høyrer inn under og kva bane strekninga som analyserast høyrer til. Det er også gjort statistiske analysar som viser fordeling og sannsyn av lengde på nedetid ved feil for nokre utvalte objekttypar. Lengde på nedetid ved feil er også informasjon som er sentral for RAM- analysane.

Dei utvikla regresjonsmodellane har låg forklaringsgrad og tilfredsstiller heller ikkje alle nødvendige føresetnader for at modellane skal vere gyldige. For analysane av nedetid ved feil vil det vere nødvendig med eit større datagrunnlag for å kunne estimere nedetid for fleire objekttypar eller eventuelt feilmodar. Frå arbeidet med dei statistiske analysane kjem det også fram at det er manglar og forbetringspotensiale når det kjem til registrering av data i systema til Bane NOR, noko som truleg er med på å redusere kvaliteten på dei statistiske analysane som er gjennomført.

Masteroppgåva bidreg til å setje fokus på områder i RAM-analysemetodikken til Bane NOR med forbetringspotensiale, og viser mulege statistiske framgangsmetodar for estimering av nokre sentrale talverdiar til analysane. Implementering av forbetringsforslaga i

analysemetodikken vil kunne gjere gjennomføring av RAM-analysar for jernbaneinfrastruktur enklare, skape eit likare grunnlag for analysane på tvers av prosjekt og

analysegruppesamansetting samt betre kvaliteten på resultata frå analysane.

By the construction of new railway infrastructure, or significant change of existing railway infrastructure, RAM analyses shall be carried out. Such analyses consider the performance of the railway infrastructure in terms of the ability it has to be in a state where trains can drive as planned, without the occurrence of delays or cancellations in the rail traffic. Bane NOR is responsible for the Norwegian national railway infrastructure and has developed a

methodology for RAM analyses. Parts of this methodology can be challenging to carry out in practice, among other things, because it is primarily based on expert judgments where experts must determine the total consequences of infrastructure failures, without being able to rely on calculation models or systematized experience data.

The objective of this master thesis is to come up with suggestions for improvements to Bane NOR’s RAM analysis methodology. As a basis for doing this, requirements and guidelines for carrying out RAM analyses for the railway infrastructure in Norway have been studied, and a document study of analysis reports from earlier performed RAM analyses has been carried out. The analysis reports are compared with current requirements and guidelines for RAM analyses using a guide that is developed for the purpose. In addition, statistical analyses have been conducted to consider possible use of experience data and statistics, in areas of the RAM analysis methodology that today are based on expert judgments.

Findings from the document study confirm that Bane NOR’s RAM analysis methodology has challenges and improvement potential. Based on information and experiences that are

collected from the studied analysis reports, a greater degree of standardization, introduction of acceptance criteria for regularity, closer assessment of method for setting acceptance criteria, guidelines for handling uncertainty and use of statistics and experience data to a greater extent than today is suggested as possible improvements to Bane NOR’s RAM analysis

methodology.

Assessment of extent of delay in the event of a failure in the railway infrastructure is an important part of Bane NOR’s RAM analyses. TIOS and BaneData are databases that contain information about respectively delays and failures in the infrastructure. Information from these two databases is linked, to be able to use multiple linear regression to estimate how

developed for this purpose, one model that looks at the average delay per train that are delayed, and one model that looks at the total delay for all trains that are delayed due to a failure. Explanatory variables in the regression models are downtime, number of trains, capacity utilization, what time of the day the failure occurs, subject group the object that has a failure belongs to and what line the stretch that is analysed belongs to. Statistical analyses that show the distribution and probability of downtime if a failure occurs are also conducted for selected object types. The duration of the downtime when a failure occurs is also information that is important for the RAM analyses.

The regression models that are developed have low degree of explanation, and they do not satisfy all necessary assumptions for the models to be valid. For downtime analyses a larger number of registrations is necessary to be able to estimate downtime for more object types or failure modes. Work with the statistical analyses also shows that there are shortcomings and improvement potential when it comes to registering data in Bane NOR’s systems, which most likely impacts the quality of the statistical analyses that are conducted in a negative manner.

The thesis contributes to point focus on areas in Bane NOR’s RAM analysis methodology that has improvement potential, and shows possible statistical approaches for estimating some key values for the analyses. Implementation of the improvement suggestions in the analysis methodology could make the conduction of RAM analyses for railway infrastructure easier, create a more equal basis for the analyses across different projects and analysis group compositions as well as improve the quality of the results from the analyses.

Innhald

Forord ... i

Anerkjenning ... iii

Samandrag ... v

Summary ... vii

Figurliste ... xiii

Tabelliste ... xv

1 Innleiing ... 1

1.1 Bakgrunn ... 1

1.2 Målsettingar ... 2

1.3 Tilnærming ... 2

1.3.1 Dokumentstudie ... 3

1.3.2 Statistiske analysar ... 4

1.4 Avgrensing ... 4

1.5 Rapporten sin struktur ... 5

1.6 Omgrepsavklaringar ... 6

2 Krav og retningslinjer for RAM-analysar for jernbaneinfrastruktur ... 7

2.1 EN 50126 ... 7

2.2 Prosjektarbeid i Bane NOR ... 8

2.3 RAMS-arbeid i Bane NOR ... 8

2.3.1 RAMS-handbok ... 8

2.4 RAM-analysemetodikk ... 9

2.4.1 Omfang av analyse ... 11

2.4.2 RAM-krav ... 12

2.4.3 Systemdefinisjon ... 13

2.4.4 Overordna modell for førebyggande vedlikehald ... 13

2.4.5 Gjennomføring av RAM-analyse ... 14

3 Dokumentstudie av RAM-analyserapportar ... 17

3.1 Kvantitative RAM-analysar ... 17

3.1.1 InterCity-analysane ... 19

3.1.3 Analysar basert på gamal RAM-analysemetodikk ... 25

3.2 Kvalitative RAM-analysar ... 27

3.2.1 Kvifor kvalitativ? ... 28

3.2.2 Kva informasjon gir analysane? ... 29

3.3 Oppsummering og diskusjon ... 32

3.3.1 Generell gjennomføring av analysane ... 32

3.3.2 Fastsetting av akseptkriterium ... 32

3.3.3 Bruk av formlar ... 33

3.3.4 Innhenting av innputt ... 35

3.3.5 Handtering av usikkerheit ... 36

3.3.6 Kvalitativ eller kvantitativ RAM-analysemetodikk ... 37

3.3.7 Områder for forbetring i RAM-analysemetodikken til Bane NOR ... 39

3.3.8 Evaluering av metode ... 39

4 Statistiske metodar ... 41

4.1 Korrelasjon ... 41

4.2 Multippel lineær regresjon ... 41

4.2.1 Minste kvadrat-metoden ... 42

4.2.2 Forklaringsgrad ... 43

4.2.3 Signifikanssannsyn ... 43

4.2.4 Føresetnader ... 44

5 Statistiske analysar ... 45

5.1 Bakgrunn ... 45

5.1.1 Bakgrunn for val av forklaringsvariablar ... 46

5.1.2 Forklaringsvariablar ... 47

5.2 Datainnsamling ... 48

5.2.1 TIOS ... 49

5.2.2 BaneData ... 49

5.2.3 Hendelseslogg for samankopling av informasjon ... 49

5.2.4 Dataomfang ... 50

5.3 Resultat frå analysar av nedetid ved feil ... 51

5.4 Resultat frå regresjonsanalysar ... 55

5.4.1 Kontroll av føresetnader ... 55

5.4.2 Modell for total forseinking ved feil i jernbaneinfrastruktur ... 61

5.4.3 Modell for gjennomsnittleg forseinking per tog ved feil i jernbaneinfrastruktur 64

5.5 Bruk av funn ... 67

5.5.1 Analysar av nedetid ved feil ... 67

5.5.2 Regresjonsanalysar ... 68

5.6 Oppsummering og diskusjon ... 70

5.6.1 Resultat ... 70

5.6.2 Val av forklaringsvariablar ... 72

5.6.3 Tilgjengeleg datamateriale ... 73

5.6.4 Metode og modellar ... 74

6 Konklusjon ... 77

6.1 Vidare arbeid ... 79

Vedlegg A: Forkortingar ... 81

Vedlegg B: Guide for gjennomføring av dokumentstudie ... 83

Bibliografi ... 85

Figurliste

Figur 1.1: Illustrasjon av tilnærming til oppgåva. ... 3

Figur 1.2: Oversikt over strukturen i rapporten. ... 5

Figur 2.1: Plassering av RAM-analysar i UPB-prosessen (tilpassa frå Bane NOR (2017i)). .... 8

Figur 2.2: Oversikt over dokumenta som utgjer RAMS-handboka til Bane NOR. ... 9

Figur 2.3: RAM-analyseprosessen til Bane NOR (reprodusert frå Bane NOR (2017l)). ... 10

Figur 2.4: Utsnitt av mal for feilmodeanalyse (Bane NOR, 2017c). ... 14

Figur 2.5: Utsnitt av mal for konsekvensanalyse (Bane NOR, 2017c). ... 15

Figur 5.1: Grafisk framstilling av forholdet mellom registrerte og analyserte forseinkingar. . 51

Figur 5.2: Histogram med fordeling av nedetider ved feil for (a) signal og (b) drivmaskin. ... 53

Figur 5.3: Histogram med fordeling av nedetider ved feil for (a) sporfelt og (b) sporgeometri. ... 53

Figur 5.4: Kaplan-Meier plott som viser sannsynet for at ulike objekttypar ikkje er reparert etter ei viss tid. ... 54

Figur 5.5: Spreiingsplott for samanhengen mellom (a) kapasitetsutnytting og total forseinking ved feil og (b) tal på tog og gjennomsnittleg forseinking per tog ved feil. ... 55

Figur 5.6: Residualplott for kontroll av homoeskadisitet for (a) modell for total forseinking og (b) modell for gjennomsnittleg forseinking per tog. ... 56

Figur 5.7: Residualplott for kontroll av homoeskadisitet med logaritmisk transformasjon av responsvariabel for (a) modell for total forseinking og (b) modell for gjennomsnittleg forseinking per tog. ... 57

Figur 5.8: Residualplott (a) og histogram (b) for kontroll av føresetnaden om normalfordeling av residualar for regresjonsmodell for total forseinking. ... 59

Figur 5.9: Residualplott (a) og histogram (b) for kontroll av føresetnaden om normalfordeling av residualar for regresjonsmodell for gjennomsnittleg forseinking per tog. ... 59

Figur 5.10: Residualplott (a) og histogram (b) for kontroll av føresetnaden om normalfordeling av residualar for regresjonsmodell for total forseinking, med logaritmisk transformasjon av responsvariabel. ... 60

Tabelliste

Tabell 1.1: Forklaring av viktige omgrep i rapporten. ... 6 Tabell 2.1: Formlar til bruk i RAM-analysar (Bane NOR, 2017c). ... 16 Tabell 3.1: Oversikt over studerte analyserapportar frå kvantitative RAM-analysar. ... 18 Tabell 3.2: Kort presentasjon av hovudfunn frå dokumentstudien av InterCity-analysane. .... 19 Tabell 3.3: Kort presentasjon av hovudfunn frå dokumentstudien av Ulrikenanalysen. ... 23 Tabell 3.4: Kort presentasjon av hovudfunn frå dokumentstudien av analysar basert på gamal

RAM-analysemetodikk. ... 25 Tabell 3.5: Oversikt over studerte analyserapportar frå kvalitative RAM-analysar. ... 27 Tabell 3.6: Kort oversikt over grunngjeving for val av kvalitativ RAM-analysemetodikk. .... 28 Tabell 3.7: Kort oversikt over kva informasjon dei studerte kvalitative RAM-analysane gir. 29 Tabell 5.1: Sentralmål for nedetid ved feil for utvalte objekttypar. ... 52 Tabell 5.2: Korrelasjonsmatrise for kontroll av multikollinearitet. ... 58 Tabell 5.3: Resultat frå regresjonsanalyse av total forseinking ved feil i jernbaneinfrastruktur.

... 62 Tabell 5.4: Resultat frå regresjonsanalyse av gjennomsnittleg forseinking per tog ved feil i

jernbaneinfrastruktur. ... 65

1 Innleiing

1.1 Bakgrunn

Det stillast krav for handtering av pålitelegheit, tilgjengelegheit, vedlikehaldbarheit og sikkerheit (RAMS) ved utbygging, drift og vedlikehald av jernbaneinfrastruktur. Bane NOR har ansvar for den nasjonale jernbaneinfrastrukturen, og derunder også at nødvendige RAMS- krav blir ivareteke. Ein del av RAMS-arbeidet til organisasjonen inkluderer gjennomføring av RAM-analysar, der tilgjengelegheit til jernbaneinfrastruktur blir vurdert. Tilgjengelegheit er systemet si evne til å vere i ein tilstand der det kan oppfylle kravd funksjon (EN 13306, 2010). For å oppnå høg tilgjengelegheit må systemet, som i dette tilfellet er

jernbaneinfrastrukturen, ha høg pålitelegheit og vedlikehaldbarheit. Pålitelegheit er evna systemet har til å oppfylle kravd funksjon, mens vedlikehaldbarheit er evna systemet har til å oppretthalde eller vinne tilbake til ein tilstand der kravd funksjon kan utførast (EN 13306, 2010). Kravd funksjon er i dette tilfellet at tog skal kunne køyre som planlagt på

jernbaneinfrastrukturen, utan at det oppstår forseinking eller kanselleringar i togtrafikken.

Sikkeheit, som også inngår i akronymet RAMS, blir ikkje vurdert i ei RAM-analyse.

RAM-analysar blir typisk gjennomført under planlegginga av eit prosjekt for å føresjå ytinga til eit jernbanesystem, i tillegg til å gi eit grunnlag for forbetring og optimalisering av

systemet (Pistolas og Vernon, 2016). For å følgje retningslinjene til Bane NOR for gjennomføring av RAM-analysar skal analysane gjennomførast kvantitativt, med ein metodikk som krev innputtdata som i stor grad baserar seg på ekspertvurderingar. I praksis har desse vurderingane vist seg å kunne vere utfordrande å gjere, noko som har resultert i at RAM-analysar tidlegare har blitt gjennomført med ulike tilnærmingar til både kvantitativ og kvalitativ analysemetodikk. I Jernbaneverket (2015c) er utfordringar og mulegheiter for RAM-analysemetodikken til Bane NOR kort diskutert, og ei av utfordringane som blir trekt fram er estimering av forseinking, noko som er foreslått å løyse med bruk av

modelleringsverktøy.

Hausten 2016 gjennomførte underteikna eit fordjupingsprosjekt, Sæverud (2016), med tilgjengelegheitsmodellering for jernbaneinfrastruktur som tema. Tanken var å teste om slik modellering kunne brukast ved gjennomføring av RAM-analysar i Bane NOR. Eksisterande metodar for tilgjengelegheitsmodellering for både jernbaneinfrastruktur og andre

at litteratur som omhandlar RAM-analysar for jernbaneinfrastruktur ikkje er veldig

omfattande, og det blei ikkje avdekka ei metode for tilgjengelegheitsmodellering som kunne nyttast direkte i Bane NOR sine RAM-analysar. Likevel blei det i fordjupingsprosjektet utvikla ein enkel modell ved hjelp av programmering, for å kunne estimere forseinking for tog ved feil i jernbaneinfrastruktur. Det å utvikle denne modellen vidare er vurdert til å krevje både kunnskap og arbeidsmengde utover det som er muleg å få til i ei masteroppgåve, og tilnærminga til masteroppgåva er difor litt anna.

I tillegg til modellering kan analytiske formlar eller statistiske analysar nyttast til å estimere forseinking i togtrafikken (Mattsson, 2007). Bane NOR har fleire system for registrering av erfaringsdata, med informasjon om blant anna forseinkingar og vedlikehald av den nasjonale jernbaneinfrastrukturen. Slike registreringar opnar opp for gjennomføring av statistiske analysar og det er tenkeleg at RAM-analysar i Bane NOR, i større grad enn i dag, kan basere seg på statistikk i tillegg til ekspertvurderingar.

1.2 Målsettingar

Det overordna målet for masteroppgåva er å foreslå forbetringar til RAM-analysemetodikken til Bane NOR. For å kunne gjere dette inngår følgjande delmål i oppgåva:

1. Få oversikt over gjeldande krav og retningslinjer for gjennomføring av RAM-analysar for jernbaneinfrastruktur i Noreg.

2. Hente inn erfaringar frå tidlegare gjennomførte RAM-analysar for Bane NOR.

• Korleis er dei gjennomført?

• Kvar ligg utfordringane?

3. Få innblikk i om, og i så fall korleis, meir omfattande bruk av statistiske metodar kan nyttast til å støtte kvantifisering i RAM-analysar.

1.3 Tilnærming

For å svare på det fyrste delmålet i masteroppgåva er det gjort ein gjennomgang av

styringsdokument for Bane NOR som omfattar krav og retningslinjer for gjennomføring av RAM-analysar. Det er også gjort ein gjennomgang av sentrale dokument som desse krava og retningslinjene baserar seg på. Vidare er det, for å kunne svare på det andre delmålet i oppgåva, gjennomført ein dokumentstudie av RAM-analyserapportar frå tidlegare gjennomførte RAM-analysar. Basert på erfaringar frå desse analysane er det peika på utfordringar og forbetringsområder i RAM-analysemetodikken til Bane NOR. I det tredje

delmålet er det fokusert på eit av dei mulege forbetringsområda til analysemetodikken. For å svare på dette delmålet er det henta inn erfaringsdata og gjennomført statistiske analysar for estimering av sentrale verdiar for RAM-analysar for jernbaneinfrastruktur. Som grunnlag for å gjennomføre dei statistiske analysane er teori om relevante statistiske metodar studert.

Tilnærminga til oppgåva er illustrert i Figur 1.1.

Figur 1.1: Illustrasjon av tilnærming til oppgåva.

1.3.1 Dokumentstudie

Dokumentstudie blir av Tjora (2012) brukt om studie av dokument som vanlegvis er produsert for andre formål enn forsking. Grønmo (2004) beskriv metoden som ei kvalitativ innhaldsanalyse av tekstdata, for å få fram viktige samanhengar og relevant informasjon om dei fenomena ein ønskjer å studere. Analysen har som mål å gjere det muleg for ein lesar å få auka kunnskap om eit saksområde, utan sjølv å måtte gå gjennom alle dokumenta som er studerte (Tjora, 2012).

Utvalet av dokument som er studert i denne masteroppgåva er basert på kva som har vore muleg å få tak i av analyserapportar frå tidlegare gjennomførte RAM-analysar for Bane NOR.

Det er gjennomført søk etter relevante dokument i Bane NOR sitt elektroniske arkiv Proarc, ved hjelp av søkeorda ”RAMS”, ”RAM” og ”analyse”. Søket ga godt over 400 treff, men det har ikkje vore muleg å gå gjennom alle desse. Derimot har det, basert på tittelen til

dokumenta, blitt plukka ut dokument som har verka relevante for oppgåva.

Framgangsmetoden har gjort at nokre av dokumenta som er plukka ut har vist seg å likevel ikkje vere relevante, og desse er det ikkje gått nærmare inn på. Det kan også tenkast at relevante dokument kan ha blitt oversett på grunn av inntrykket tittlen til dokumentet ga.

Fleire av dokumenta som utifrå søket blei plukka ut som relevante har ikkje vore muleg å hente ut ifrå arkivet, då dei har vore merka som enten ”under arbeid” eller ”utgått”. Totalt er analyserapportar frå femten RAM-analysar studert, og innhaldet i analyserapportane er

gjennomføring av RAM-analysar. For å sikre struktur i gjennomgangen av analyserapportane er det utvikla ein guide for gjennomføring av dokumentstudien, sjå vedlegg B.

1.3.2 Statistiske analysar

Statistikk blir brukt som hjelpemiddel til å trekke slutningar i situasjonar der noko er uføreseieleg eller tilfeldig (Løvås, 2004). I denne oppgåva er statistikk nytta som eit hjelpemiddel til estimering av forseinking ved feil i jernbaneinfrastruktur og lengde på nedetid ved feil, som er sentrale verdiar i RAM-analysar for jernbaneinfrastruktur.

Data er nødvendig for å gjennomføre statistiske analysar, og for å få tilstrekkeleg nøyaktigheit frå ei analyse er det viktig at utvalsstorleiken som analyserast er stor nok (Hansen og Pachl, 2008). Nytta datamateriale i dei statistiske analysane i oppgåva baserar seg på uttrekk av informasjon frå Bane NOR sine system for registrering av operasjonelle data. Då underteikna ikkje har djup innsideforståing for desse systema har det vore litt arbeid å finne ut kva

informasjon som har vore relevant å hente ut ifrå systema, samt korleis dette kunne gjerast på ein best muleg måte. Gjennom samtalar med personar med erfaring frå systema har det kome fram at kvaliteten på registrert data kunne vore betre. Samtidig har det kome fram at det har vore ei forbetring i registreringane dei siste åra, og omfanget av datamaterialet som er nytta i dei statistiske analysane er difor avgrensa til registreringar frå år 2015 og 2016. Det er samla inn erfaringsdata frå heile det norske jernbanenettet, og programvarane Excel og SPSS er nytta til behandling av innhenta datamateriale og gjennomføring av dei statistiske analysane.

1.4 Avgrensing

Masteroppgåva avgrensar seg til å omhandle RAM-analysar for den nasjonale

jernbaneinfrastrukturen. Sjølv om Bane NOR har ansvar for denne, leiger dei også inn konsulenttenester frå andre selskap. Arbeid gjennomført av ulike selskap er difor studert i oppgåva, men Bane NOR sine retningslinjer er gjeldande uavhengig av kven som har gjennomført analysane.

Då det i Sæverud (2016) blei avdekka at litteraturen som omhandlar RAM-analysar for jernbaneinfrastruktur ikkje er særleg omfattande, er det valt å ikkje gjere eit vidare

litteraturstudie innanfor dette temaet i masteroppgåva. I staden for er det retta meir fokus på gjennomføring av eigne analysar i oppgåva.

På grunn av avgrensa tid til gjennomføring av oppgåva har det ikkje vore muleg å gjennomføre statistiske analysar på alle felt som kan vere nyttig for RAM-analysar for jernbaneinfrastruktur. Omfanget av dei statistiske analysane er difor avgrensa til å

hovudsakleg omfatte analysar av forseinking, i tillegg til enkle analysar av lengde på nedetid ved feil i jernbaneinfrastruktur. Forseinking i togtrafikken kan oppstå av ulike grunnar, men i dei statistiske analysane er det berre fokusert på forseinking ved feil i infrastrukturen, då det er dette som er i fokus i RAM-analysane til Bane NOR. Feil i infrastrukturen omfattar her feil relatert til faggruppene signal, overbygning, underbygning, lågspenning, høgspenning og tele.

1.5 Rapporten sin struktur

Resten av rapporten er organisert som følgjande. Kapittel 2 gir ei oversikt over gjeldande krav og retningslinjer for gjennomføring av RAM-analysar. I kapittel 3 er funn og resultat frå dokumentstudien av analyserapportar frå tidlegare gjennomførte RAM-analysar presentert, og mulege forbetringar til dagens RAM-analysemetodikk er foreslått. Kapittel 4 gir eit teoretisk grunnlag for dei statistiske analysane som er gjennomført i oppgåva. I kapittel 5 er bakgrunn, framgangsmetode og resultat frå dei statistiske analysane presentert og diskutert.

Konklusjonen frå arbeidet, samt forslag til vidare arbeid, er presentert i kapittel 6. Vedlegg A gir ei oversikt over forkortingane som er nytta i rapporten. Ei enkel oversikt over strukturen i rapporten er vist i Figur 1.2.

Figur 1.2: Oversikt over strukturen i rapporten.

1.6 Omgrepsavklaringar

I Tabell 1.1 er omgrep som utan nærmare forklaring er nytta vidare i rapporten forklart.

Tabell 1.1: Forklaring av viktige omgrep i rapporten.

Omgrep Forklaring

Forseinking Tog som kjem til endestasjonen fire minutt eller seinare etter oppsett ruteplan er forseinka (for langdistansetog er grensa seks minutt eller seinare) (Bane NOR, 2017j). Tog som ikkje er forseinka er punktlege.

Følgjeforseinking Forseinking som skuldast at eit anna tog er forseinka (Olsson, et al., 2015).

Logistisk forseinking

Den samla tida der det ikkje kan utførast vedlikehald i påvente av at kravde vedlikehaldsressursar framskaffast, unntatt eventuelle administrative forseinkingar (EN 13306, 2010).

Nedetid Det tidsintervallet ei eining er i ein tilstand som karakteriserast enten av ein feil, eller ved manglande evne til å oppfylle kravd funksjon under førebyggande vedlikehald (EN 13306, 2010).

Objekt Del, komponent, innretning, delsystem, funksjonell eining, utstyr eller system som kan beskrivast og vurderast individuelt, omtalt som eining i EN 13306 (2010).

Oppetid Blir brukt for å beskrive forseinkingsnivået i togtrafikken og reknast ut som tal på planlagde togtimar, fråtrekt tal på forseinkingstimar forårsaka av forhold i jernbaneinfrastrukturen, i prosent av planlagde togtimar (Bane NOR, 2017l).

Primærforseinking Forseinking som har ei direkte årsak (Olsson, et al., 2015).

Regularitet Talet på tog som blir køyrt som planlagt i rutetabellane, når ein ser vekk ifrå tog som lang tid i førevegen er planlagt innstilt som følgje av arbeid på sporet (Bane NOR, 2017j).

Synergi Bane NOR sitt system for avvikshandtering, der uønskte hendingar på jernbanen blir registrert (Bane NOR, u.å.).

Teknisk regelverk Samlenemning for normalar innanfor dei ulike jernbanetekniske

fagområda til Bane NOR, og eit viktig styringsverktøy og hjelpemiddel ved utforming, bygging og dimensjonering av jernbaneanlegg (Bane NOR, 2017k).

2 Krav og retningslinjer for RAM-analysar for jernbaneinfrastruktur

Dette kapitlet omhandlar gjeldande krav og retningslinjer for RAM-analysar for

jernbaneinfrastruktur i Noreg. RAMS-arbeidet til Bane NOR baserar seg på prosesstandarden EN 50126 (1999), og kapitlet startar med ein kort introduksjon til denne standarden og kva den seier om RAM-analysar. Vidare i kapitlet er RAMS-arbeidet til Bane NOR, med fokus på metodikk for gjennomføring av RAM-analysar, presentert.

2.1 EN 50126

EN 50126 (1999) er ein standard for spesifikasjon og demonstrasjon av RAMS for

jernbaneapplikasjonar. Standarden gir retningslinjer for handtering av RAMS gjennom heile livssyklusen til eit jernbanesystem. Livssyklusen inneheld ulike fasar med mål, innputt, krav og leveransar. I kvar fase er det delt inn i generelle oppgåver, RAM-relaterte oppgåver og sikkerheitsrelaterte oppgåver.

Som ei av dei RAM-relaterte oppgåvene som er lista i EN 50126 (1999) er det stilt krav til gjennomføring av ei innleiande RAM-analyse i ei tidleg fase av eit prosjekt. Bortsett frå dette er ikkje krav til gjennomføring av RAM-analysar direkte nemnt i standarden. Likevel er RAM-analysar foreslått som eit av fleire passande verktøy for å gjennomføre og administrere eit RAMS-program, samansett av ein sikkerheitsplan og eit RAM-program. EN 50126 (1999) definerer ein sikkerheitsplan og eit RAM-program som eit dokumentert sett av tidsplanlagde aktivitetar, ressursar og hendingar som tener til å implementere organisasjonsstruktur,

ansvarsområder, prosedyrar, aktivitetar, evnar og ressursar som til saman sikrar at gitte RAM- krav, eller sikkerheitskrav, vil tilfredsstillast i eit prosjekt. Det er sikkerheitsplanen og RAM- programmet som, når effektivt gjennomført, gir tillit i evna til å oppnå samsvar med RAMS- krav for det endelege systemet (EN 50126, 1999). For å kunne nytte RAM-analysar som verktøy i denne samanheng er det i følgje EN 50126 (1999) fundamentalt å ha tilgjengelegheit til støttande statistisk pålitelegheitsdata, som til dømes feilrate og reparasjonsrate, samt

operasjonelle data, som til dømes feilmodar, for komponentane som er brukt i eit design.

2.2 Prosjektarbeid i Bane NOR

UPB-prosessen er Bane NOR sin prosess for utreiing, planlegging og bygging av

jernbaneinfrastruktur. Prosessen er delt inn i ulike prosjektfasar. Figur 2.1 viser dei ulike prosjektfasane i UPB-prosessen, og peikar på kvar i prosessen arbeidet med RAM-analysar skal gjerast. Frå figuren ser ein at RAM-analysar skal gjennomførast i prosjektfasane

hovudplan og detaljplan, mens etablering av RAM-krav kan starte allereie i utreiingsfasen til prosjekta.

Figur 2.1: Plassering av RAM-analysar i UPB-prosessen (tilpassa frå Bane NOR (2017i)).

2.3 RAMS-arbeid i Bane NOR

Bane NOR sitt RAMS-arbeid skal sikre at jernbaneinfrastruktur blir planlagt, prosjektert, bygd og vedlikehalde på ein slik måte at den bidreg til at måla til sikkerheit, punktlegheit og regularitet blir nådd (Bane NOR, 2017h). I § 3-1 i Jernbaneinfrastrukturforskriften (2011) er det stilt krav om at EN 50126 (1999) skal følgjast ved bygging av ny jernbaneinfrastruktur og ved endring av programmerbare tekniske system, samt ved utvikling og endring av STM- einingar. Ei STM-eining, eller særskilt overføringseining, er rekna som ein del av

signalanlegget til jernbanen og er plassert i toget for å oversette informasjon frå system i jernbaneinfrastrukturen til togkontrollsystemet (Jernbaneinfrastrukturforskriften, 2011). Ved endringar av jernbaneinfrastruktur som ikkje omfattar programmerbare tekniske system, STM-einingar eller bygging av ny infrastruktur skal infrastrukturførevaltar vurdere og dokumentere om endringa er av ein slik karakter at bruk av EN 50126 (1999) er hensiktsmessig (Jernbaneinfrastrukturforskriften, 2011).

2.3.1 RAMS-handbok

For å gi ei enkel og forståeleg oversikt over dei viktigaste aktivitetatane EN 50126 (1999) krev utført, har Bane NOR utarbeida ei RAMS-handbok (Bane NOR, 2017g). Handboka er

sentral for RAMS-arbeidet til organisasjonen, og inneheld styringsdokument og malar for gjennomføring av RAMS-relaterte arbeidsoppgåver. Fleire av dokumenta i handboka omhandlar RAMS-arbeid for jernbaneinfrastruktur generelt. I tillegg fokuserer nokre av dokumenta hovudsakleg på sikkerheit, mens andre har fokus på RAM. Som foreslått i EN 50126 (1999) baserar RAMS-handboka seg på at RAM-analysar skal brukast som verktøy for å tilfredsstille nokre av krava i standarden. Figur 2.2 viser dei ulike dokumenta som inngår i RAMS-handboka, der dei mest sentrale dokumenta for RAM-analysar er markert med raudt.

Det er desse dokumenta som er fokusert på vidare i kapitlet og Bane NOR (2017l),

”Veiledning for gjennomføring av RAM-analyser”, er via størst merksemd.

Figur 2.2: Oversikt over dokumenta som utgjer RAMS-handboka til Bane NOR.

2.4 RAM-analysemetodikk

Som vist i Figur 2.2 er det fleire dokument som står i forhold til kvarandre ved gjennomføring av RAM-analysar for jernbaneinfrastruktur. Til saman skal dokumenta leie fram mot ein god prosess for å identifisere RAM-krav for jernbaneprosjekt og dokumentere måloppnåing for desse krava (Bane NOR, 2017l). Prosessen med å identifisere nødvendige RAM-krav og validere måloppnåing er vist som ein trinnvis prosess i Figur 2.3. Vidare i kapitlet er denne prosessen nærmare forklart.

Figur 2.3: RAM-analyseprosessen til Bane NOR (reprodusert frå Bane NOR (2017l)).

2.4.1 Omfang av analyse

Det fyrste steget i RAM-analysemetodikken til Bane NOR er å hente inn informasjon om overordna konsept, for så å bestemme nødvendig omfang av RAM-analyse for prosjektet.

Dette blir gjort i steg 1-1 i Figur 2.3. Jernbaneprosjekt kan variere mykje i både storleik og kompleksitet (Bane NOR, 2017l), noko det er teke høgde for i krav til gjennomføring av RAM-analysar. I RAMS-handboka til Bane NOR er det delt inn i fire ulike prosjektkategoriar som skal gjere det muleg å vurdere nødvendig omfang av ei RAM-analyse for eit prosjekt.

Dei ulike prosjektkategoriane er: (Bane NOR, 2017l)

1. Strekningar der det skal gjennomførast total utbygging av ny jernbaneinfrastruktur.

2. Total fornying av eksisterande jernbaneinfrastruktur.

3. Prosjekt som omfattar ein del av ei strekning, men er ein del av ein serie med prosjekt som på sikt vil fornye strekninga totalt.

4. Fornying eller oppgradering som er av ein slik karakter at val av løysingar og/eller modell for vedlikehald har ein signifikant påverknad på oppetida til strekninga.

For prosjektkategori 1, 2 og 3 skal det i følgje Bane NOR (2017l) gjennomførast fullstendig RAM-analyse i tråd med gjeldande retningslinjer. Dette omfattar stega i Figur 2.3frå start til slutt, og inneber at det skal gjennomførast vedlikehaldsanalyse, overordna RAM-analyse og detaljert RAM-analyse for prosjektet. Prosjekt som fell under prosjektkategori 4 må gjennom ei signifikansvurdering for å avgjere nødvendig omfang av RAM-analyse for prosjektet.

Signifikansvurderinga baserar seg på tre overordna spørsmål om målsettingar for strekninga, omfang av planlagt vedlikehald og valmulegheiter for strekninga med omsyn til

designløysingar og beredskap, og blir forklart i Bane NOR (2017f), ”Mal for

signifikansvurdering av behov for RAM-analyse”. Utifrå svaret på dei overordna spørsmåla gir Bane NOR (2017f) ein vegleiande konklusjon på om fullstendig, delvis eller inga RAM- analyse skal gjennomførast for prosjektet. Alt etter resultatet frå signifikansvurderinga kan ei delvis RAM-analyse omfatte enten gjennomføring av vedlikehaldsanalyse (steg 1-1 til 1-4 i Figur 2.3) eller gjennomføring av overordna og detaljert RAM-analyse (steg 1-5 til 3-3 i Figur 2.3). Dersom konklusjonen frå signifikansvurderinga er at det ikkje skal gjennomførast RAM- analyse for prosjektet kan dette vere enten fordi prosjektet er vurdert til å ikkje påverke RAM- forholda på den aktuelle strekninga negativt, eller fordi det ikkje føreligg reelle

valmulegheiter for gjennomføring av prosjektet (Bane NOR, 2017f). For prosjekt som ikkje

fell inn under nokon av prosjektkategoriane som er lista opp over, er det ikkje krav til gjennomføring av RAM-analyse (Bane NOR, 2017l).

2.4.2 RAM-krav

Etablering og validering av RAM-krav skal gjerast i fleire omgangar i RAM-

analysemetodikken til Bane NOR. RAM-krava blir i Bane NOR (2017l) delt inn i overordna krav, foreløpige krav og detaljerte krav. Innhald og detaljeringsnivå for krava varierer, alt etter når i prosjektet dei blir etablert. Overordna RAM-krav blir etablert gjennom steg 1-1 til 1-5 i Figur 2.3. Krava omfattar: (Bane NOR, 2017l)

• Trafikale krav, derunder ein framtidig rutemodell

• Krav til maksimalt tal på årlege forseinkingstimar

• Ein overordna vedlikehaldsmodell

Dei overordna RAM-krava skal validerast gjennom ei overordna RAM-analyse i steg 2-1 og 2-2 i Figur 2.3, og basert på dette blir foreløpige RAM-krav etablert. Dette skal gjerast i hovudplanfasa til prosjektet, og analysen skal utførast på delsystemnivå (Bane NOR, 2017l). I Bane NOR (2017e) er eit delsystem definert som ein del av eit system som utfører ein

spesialisert funksjon, og overbygning samt sporveksel er gitt som døme på delsystem.

Foreløpige RAM-krav omfattar: (Bane NOR, 2017l)

• Krav til tilgjengelegheit for delsystema på strekninga

• Krav til utrykkings- og reparasjonstider i forbindelse med feilretting

• Krav til kvalitetsklassar (med omsyn til farta det skal køyrast med på strekninga), overbygningsklassar (med omsyn til type trafikk som skal køyre på strekninga) og risikoklassar¹ for over- og underbygning

Detaljerte RAM-krav blir etablert i ei detaljert RAM-analyse i steg 3-1 og 3-2 i Figur 2.3.

Dette skal gjerast i detaljplanfasa til prosjektet, og analysen skal utførast på komponentnivå (Bane NOR, 2017l). I Bane NOR (2017e) er ein komponent definert som ein sjølvstendig del av eit system eller delsystem og drivmaskin, som er ein del av ein sporveksel, er gitt som døme på ein komponent. Detaljerte RAM-krav omfattar: (Bane NOR, 2017l)

• Endelege krav til tilgjengelegheit for system, delsystem og komponentar på strekninga

1 Dette kravet går ut i revidert versjon av Bane NOR (2017l), ”Veiledning for gjennomføring av RAM-analyser”.

• Endelege krav til reparasjons- og utrykkingstider i forbindelse med feilretting

Av Figur 2.3 ser ein at dersom det gjennom vedlikehaldsanalyse og RAM-analysar kjem fram at RAM-krav ikkje blir tilfredsstilt av prosjektet, må det gjerast endringar. Dette kan vere endringar i konsept, rutemodell, vedlikehaldsmodell, systemdefinisjon eller i grad av akseptert forseinking for prosjektet. I følgje Bane NOR (2017l) vil slike endringsforslag typisk være gjenstand for kost/nytte-vurderingar, og vurdering av kva som er

kostnadsdrivande skal ta omsyn til livslaupskostnadar. Valideringsprosessen av RAM-krav er nærmare forklart i delkapittel 2.4.4 og 2.4.5.

2.4.3 Systemdefinisjon

Før ei RAM-analyse kan gjennomførast skal det utarbeidast ein systemdefinisjon som grunnlag for analysen (Bane NOR, 2017l). Dette blir gjort i steg 2-1 og 3-1 i Figur 2.3.

Formålet med systemdefinisjonen er å gi alle som deltek i utvikling eller endring av eit system ei felles forståing av systemet, korleis det skal nyttast og grensesnitt mot tilliggande system (Bane NOR, 2017d). Det er forventa at systemdefinisjonen skildrar system,

komponentar og funksjonar som kan påverke togframføringa på den aktuelle strekninga (Bane NOR, 2017l). Fyrste utkast av systemdefinisjonen skal utarbeidast seinast i hovudplanfasa til prosjektet, og deretter oppdaterast etterkvart som ein får meir informasjon om systemet (Bane NOR, 2017d).

2.4.4 Overordna modell for førebyggande vedlikehald

Som ein del av RAM-analyseprosessen til Bane NOR skal det gjennomførast ei

vedlikehaldsanalyse. Dette blir gjort for å vurdere om det er muleg å gjennomføre nødvendig førebyggande vedlikehald, utan å påverke rutemodell og oppetid negativt, på strekninga som analyserast (Bane NOR, 2017l). Vedlikehaldsanalysen omfattar etablering av ein overordna modell for førebyggande vedlikehald (steg 1-3 i Figur 2.3), samt validering av denne modellen (steg 1-4 i Figur 2.3). Ved etablering av vedlikehaldsmodellen skal det, for å estimere strekninga sitt totale behov for vedlikehald, samlast inn informasjon om

vedlikehaldsaktivitetar for systema på strekninga som analyserast (Bane NOR, 2017l). Vidare skal det vurderast om vedlikehaldsmodellen kan gjennomførast innanfor tildelte trafikale krav, som er henta inn i steg 1-2 i Figur 2.3. I den overordna vedlikehaldsmodellen skal det

også skisserast kvar personell, maskiner og reservedelar forventast plassert (Bane NOR, 2017l).

2.4.5 Gjennomføring av RAM-analyse

RAM-analysar gjennomførast i form av feilmodeanalysar kombinert med konsekvensanalysar. Førebyggande vedlikehald er vurdert i den overordna

vedlikehaldsmodellen, så i sjølve RAM-analysen er vedlikehaldsfokuset på korrigerande vedlikehald. Eit rekneark til bruk i utføringa av RAM-analysar er utvikla i Bane NOR (2017c), ”Vedlegg til mal for RAM-analyse”. Den delen av reknearket som omfattar feilmodeanalyse er vist i Figur 2.4, mens Figur 2.5 viser den resterande delen av reknearket som omfattar konsekvensanalyse. Frå figurane ser ein at nokre felt er gule, mens andre er kvite. Dei gule felta krev innputt, mens verdiane i dei kvite felta blir rekna ut med formlar som ligg inne i reknearket. Desse formlane er vist i Tabell 2.1.

I feilmodeanalysen skal alle relevante delsystem eller komponentar listast med tilhøyrande feilmodar. Vidare krevjast det for kvar feilmode informasjon om (Bane NOR, 2017l):

• Gjennomsnittleg tid til feil (MTTF) i timar

• Gjennomsnittleg logistisk forseinking (MLD) i timar

• Gjennomsnittleg reparasjonstid (MRT) i timar

• Deteksjonsmetode

Figur 2.4: Utsnitt av mal for feilmodeanalyse (Bane NOR, 2017c).

Alt etter kva som er mest relevant for analysen er erfaringsdata, ekspertvurderingar, krav frå teknisk regelverk og dokumentasjon frå produsent eller leverandør foreslått i Bane NOR (2017l) som kjelder til å hente inn informasjon om MTTF og MRT. I analysen vil desse verdiane vere generiske for komponentar eller delsystem av same type, med mindre lokale forhold tilseier noko anna (Bane NOR, 2017l). MLD vil hovudsakleg vere påverka av

utrykkingstid ved feilretting (Bane NOR, 2017l), og vil difor variere alt etter kvar

komponenten eller delsystemet er plassert på strekninga. Når verdiar frå feilmodeanalysen er lagt inn i reknearket i Bane NOR (2017c), kan gjennomsnittleg tid til feil (MDT) reknast ut ved hjelp av formel som er vist i Tabell 2.1.

Konsekvens av dei ulike feilmodane frå kvart delsystem eller komponent skal reknast ut, i form av årleg bidrag til forseinkingstimar og kansellerte tog, etter at feilmodeanalysen er gjennomført. Det fyrste steget i denne prosessen er at det, ved hjelp av ekspertvurderingar, skal hentast inn informasjon om: (Bane NOR, 2017l)

• Konsekvens av feil for togtrafikken i form av stopp, redusert fart eller alternativ køyreveg

• Forseinking per tog før feilen er retta

• Kor lenge ein feil kan vare før tog blir kansellert

• Tal på tog per time (denne informasjonen er henta inn i steg 1-2 i Figur 2.3)

• Tida det tek før togtrafikken er tilbake til normalt etter feilretting (normaliseringstid)

• Forseinking per tog ved normalisering av togtrafikken etter feilretting

Figur 2.5: Utsnitt av mal for konsekvensanalyse (Bane NOR, 2017c).

Etter at nødvendige ekspertvurderingar er henta inn, og dei gule felta i Figur 2.5 er ferdig utfylt, nyttast formlane i Tabell 2.1 til å rekne ut resterande informasjon i reknearket. Dette er nødvendig for å til slutt kunne vurdere om det aktuelle prosjektet tilfredsstiller fastsette RAM- krav. I Bane NOR (2017l) er det påpeika at det er viktig at estimat for tal på kansellerte tog per år synleggjerast på lik linje med estimat for forseinkingstimar i RAM-analysane, til trass for at Bane NOR ikkje har eksplisitte målsettingar for omfang av kanselleringar.

Tabell 2.1: Formlar til bruk i RAM-analysar (Bane NOR, 2017c).

Storleik Formel Variablar

MDT 𝑀𝐷𝑇 =  

𝑀𝐿𝐷+𝑀𝑅𝑇

der 𝑀𝐷𝑇 er gjennomsnittleg nedetid,

𝑀𝐿𝐷 er gjennomsnittleg logistisk forseinking og 𝑀𝑅𝑇 er gjennomsnittleg reparasjonstid.

Feilen si varigheit

etter kansellering 𝑡_!"# = 𝑀𝐷𝑇−𝑡_!!" der 𝑀𝐷𝑇 er gjennomsnittleg nedetid og  

𝑡_!!" er feilen si varigheit før kansellering.

Tal på forseinka

tog før feilretting 𝑛!"" =  𝑡_!"#∗  𝑛_!! der 𝑡_!"#  er feilen si varigheit etter kansellering

og 𝑛_!!  er tal på tog per time.

Tal på forseinka tog ved

normalisering

𝑛_!"# =  𝑛_!!  ∗  𝑁𝑇_!" der 𝑛_!!  er tal på tog per time og NT_!" er

normaliseringsperiode etter feilretting.

Total forseinking ved feil

𝑓_!"!# =

 𝑓_!"!∗𝑛!""  +  𝑛_!"#∗𝑓_!"

der 𝑓_!"! er forseinking per tog før feilretting,

𝑛!"" er tal på forseinka tog før feilretting,

 𝑛_!"#  er tal på forseinka tog ved normalisering

og 𝑓_!"  er forseinking per tog ved

normalisering.

Feil per år 𝑛_!å =   365∗24 𝑀𝑇𝑇𝐹+𝑀𝐷𝑇

der 𝑀𝑇𝑇𝐹 er gjennomsnittleg tid til feil og 𝑀𝐷𝑇 er gjennomsnittleg nedetid.

Total forseinking

per år 𝑓_!"!å =  𝑛_!å∗  𝑓_!"!# der 𝑛_!å er feil per år og 𝑓_!"!# er total forseinking ved feil.

Tal på kansellerte tog

𝑛_!" =

𝑡_!!∗  𝑛_!!∗  𝑛_!å

der 𝑡_!" er feilen si varigheit etter kansellering,

𝑛_!!  er tog per time og 𝑛_!å er feil per år.

3 Dokumentstudie av RAM-analyserapportar

I dette kapitlet er resultatet frå dokumentstudien av analyserapportar frå tidlegare gjennomførte RAM-analysar presentert. Det er skilt mellom RAM-analysar som er gjennomført med ei kvantitativ tilnærming, og RAM-analysar som er gjennomført med ei kvalitativ tilnærming. Dei kvantitative analysane er presenterte først, etterfølgt av dei kvalitative analysane. Avslutningsvis i kapitlet er dei viktigaste funna frå dokumentstudien summert opp og diskutert, og det er gitt forslag til forbetringar til RAM-analysemetodikken til Bane NOR.

3.1 Kvantitative RAM-analysar

Oversikt over dei kvantitative RAM-analysane som inngår i dokumentstudien er vist i Tabell 3.1. Vidare i kapitlet er dei ulike analysane referert til med dokumentnummeret til

analyserapportane, som er oppgitt i tabellen. Totalt er analyserapportar frå ni kvantitative RAM-analysar studert og gjennomgått ved hjelp av guiden i vedlegg B. Basert på resultatet frå denne gjennomgangen er følgjande fem faktorar vurdert som viktige å trekke fram frå dei kvantitative RAM-analysane:

• Ei kvalitativ vurdering av gjennomføringa av analysen

• Korleis akseptkriterium er bestemt

• Kva formlar som er nytta

• Korleis nødvendig innputt er henta inn

• Korleis usikkerheit er handtert

Tabell 3.1: Oversikt over studerte analyserapportar frå kvantitative RAM-analysar.

Tittel på analyserapport Dokumentnummer Produsert av År

Dovrebanen (Eidsvoll)-Hamar, Eidsvoll-Langset, RAM-analyse

UEH-10-Q-56142 _02E_001

Dr. Ing. A. Aas- Jakobsen AS

2016 Dovrebanen (Eidsvoll)-Hamar,

Kleverud-Sørli, RAM-analyse

UEH-30-Q-56142 _02E_001

Dr. Ing. A. Aas- Jakobsen AS

2016 Gardermobanen (Gardermoen)-

Eidsvoll, Dovrebanen (Eidsvoll)- Hamar, Venjar-Eidsvoll, RAM- analyse

UEH-00-Q-56142 _02E_001

Dr. Ing. A. Aas- Jakobsen AS

2016

Dovrebanen, Sørli – Hamar – Brummundal, RAM-analyse

ICP-56-Q-25507 _02E_001

Rambøll, Sweco

2016 Bergensbanen (Dale)-Bergen, Arna-

Fløen (Ulriken tunnel), RAM- analyse (oppetidsanalyse) av Dobbeltspor i Ulriken

UUT-00-Q-00135 _00E_001

Multiconsult 2016

Bergensbanen (Dale) – Bergen;

Arna – Bergen, RAM-analyse, Fase 20.00

UUT-00-Q-18347 _00B_001

Norconsult 2015

Hell-Værnes, Nordlandsbanen, Hastighetsøkning og kapasitet, RAM-analyse – Endelig anlegg

IUP-00-Q-06869 _01E_001

Rambøll 2015

Vestfoldbanen Holm – Nykirke, RAM-analyse Signal

UVB-50-Q-91022 _00E_001

Bane NOR 2014

Sørlandsbanen, (Egersund) - Stavanger, (Klepp) – Stavanger, RAM-analyse signal

SSG-10-Q-00022 _01B_001

Bane NOR 2013

3.1.1 InterCity-analysane

Fire av RAM-analyserapportane som er gjennomgått i dokumentstudien omfattar strekningar som inngår i InterCity-prosjektet til Bane NOR. I dette prosjektet skal det planleggast eit moderne dobbeltspora jernbanenett for store delar av Austlandet, som skal stå ferdig i 2030 (Jernbaneverket, 2015b). Tre av dei studerte analyserapportane (UEH-10-Q-56142, UEH-30- Q-56142 og UEH-00-Q-56142) er frå analysar som er gjennomført i detaljplanfasa til

prosjektet, mens den siste analyserapporten (ICP-56-Q-25507) er frå ei analyse som er gjennomført i hovudplanfasa til prosjektet. Relevant informasjon frå desse analyserapportane er gjennom dokumentstudien vurdert til å vere svært lik, og funn frå analyserapportane er difor presentert i fellesskap i dette delkapitlet. Funna er kort presentert i Tabell 3.2, før dei er nærmare forklart vidare i delkapitlet. Der det er ulikheiter i analysemetodikken til analysane er dette kommentert.

Tabell 3.2: Kort presentasjon av hovudfunn frå dokumentstudien av InterCity-analysane.

Faktor Kommentar

Gjennomføring Følgjer analysemetodikken til Bane NOR. Inneheld i tillegg ein kvalitativ analysedel.

Akseptkriterium Nyttar akseptkriterium for både regularitet og forseinkingstimar, basert på felles mål for InterCity-strekningane.

Formlar Formlane i reknearket i analysemetodikken til Bane NOR er nytta. I tillegg er det supplert med fleire formlar og føresetnader.

Innputt Henta frå konseptdokumentet til prosjektet, teknisk regelverk og Bane NOR si database for anbefalte feilratar. Innputt er vidare justert og komplementert av analysedeltakarar.

Usikkerheit Påpeika at eksisterer, og synleggjort ved bruk av sensitivitetsbetraktningar.

I all hovudsak følgjer InterCity-analysane Bane NOR si vegleiing for gjennomføring av RAM-analysar. Alle relevante punkt som inngår i analysemetodikken til Bane NOR er gjennomført og svart på i analyserapportane, men i tillegg er det gjennomført kvalitative RAM-analysar i forkant av dei kvantitative analysane. For analysane som er utført i detaljplan er dette forklart med at den kvalitative analysen dekker dei RAM-forholda som er viktige i utarbeiding av ein reguleringsplan, med tanke på omfang av driftsvegar og areal som må regulerast til prosjektet. I den kvalitative delen av analysen er det foreslått tiltak for å oppnå

gode RAM-forhold på strekninga. Desse tiltaka omfattar blant anna områder som tilkomst til infrastrukturen og plassering av tekniske hus, noko som vil vere viktig for å utføre

vedlikehald på ein effektiv måte. For analysen som er utført i hovudplanfasen er ulike

alternativ for realisering av strekningane oppe til vurdering, og den kvalitative delen av RAM- analysen fungerer som ei grovanalyse, for å vurdere RAM-forholda for dei ulike alternativa opp imot kvarandre. Kvantitativ RAM-analyse er deretter gjennomført for det alternativet som er vurdert som det dårlegaste, med omsyn til RAM-forhold, i den kvalitative analysen. Då dei kvantitative RAM-krava blir tilfredsstilt for dette alternativet, er det gått ut ifrå at alle

alternativa tilfredsstiller nødvendige RAM-krav.

Konseptdokumentet til InterCity-prosjektet, Jernbaneverket (2015b), er mykje brukt for å hente inn informasjon til bruk i RAM-analysane. I tillegg er tal frå Bane NOR si database for anbefalte feilratar, Jernbaneverket (2016), og teknisk regelverk nytta for å hente innputt til analysane. I følgje analyserapportane er innhenta informasjon justert og komplementert med erfaringar og kunnskap frå analysedeltakarane der dette har vore nødvendig, og det er påpeika at resultata av analysane såleis kan vere avhengig av kven analysedeltakarane er og kva erfaring og kunnskap dei har.

Akseptabelt tal på forseinkingstimar for strekningane er rekna ut ifrå eit felles oppetidsmål for InterCity-strekningane, gitt i Jernbaneverket (2015b). Oppetidsmålet er gitt i prosent, og akseptkriterium for årlege forseinkingstimar er rekna ut ved å hente inn informasjon om totalt tal på årlege togtimar for dei ulike strekningane, for så å multiplisere dette talet med

prosentandelen som skil oppetidsmålet frå å vere 100%. I fleire av analyserapportane er det kommentert at eit felles oppetidsmål for strekningane i prosjektet, samt eit felles tal på tilgjengelege togfrie timar for å gjennomføre vedlikehald, ikkje er optimalt. Dette er forklart med at nokre strekningar kan inkludere haldeplassar med mange objekt, mens andre

strekningar berre er dobbeltspora linje utan overkøyringsmulegheiter, og den geografiske avgrensinga av RAM-analysen kan difor vere avgjerande for om eit oppetidsmål blir nådd eller ikkje.

Til trass for at Bane NOR sin analysemetodikk ikkje legg opp til at det skal nyttast

akseptkriterium for regularitet, er krav til regularitet etablert og validert på same måten som krav til forseinkingstimar i analysane. Dette er forklart med viktigheita av bevisstheit rundt forholdet mellom oppetid og regularitet. I analyserapportane er det poengtert at dersom ein

berre stiller krav til oppetid på ei strekning, og ikkje regularitet, kan ein i staden for å til dømes køyre med redusert fart eller enkeltspora drift, heller kansellere tog på strekninga. På denne måten vil oppetida auke, mens regulariteten blir redusert.

Reknearket som Bane NOR har utvikla for bruk i RAM-analysar, Bane NOR (2017c), er nytta i alle dei studerte InterCity-analysane. I tillegg til formlane som frå før av ligg inne i Bane NOR (2017c) er det teke i bruk ekstra formlar og føresetnader, for avgjersle av verdiar til fleire av kolonnane i reknearket som krev manuell innputt. Kva formlar og føresetnader som nyttast er avhengig av om konsekvens av feil er stopp, redusert fart eller enkeltspora drift.

Dersom ein feil fører til stopp i togtrafikken er forseinking per tog sett til å vere lik

togfølgetida på strekninga i analysane. Togfølgetid er tida mellom to etterfølgjande tog i same retning (Jernbaneverket, 2015b). Fører ein feil til enkeltspora drift vil dette ha same effekt på forseinking som feil som fører til redusert fart. Grunnen til dette er at det må køyrast med redusert fart forbi området der det er feilretting. Ved feil som fører til redusert fart er forseinking per tog rekna ut med Formel 3.1 i analysane.

F_red = S_vred

v_red  –   S_vred

v_norm + Sbrems

v_start+v_slutt 2

-­‐Sbrems

v_start + Saks

v_start+v_slutt 2

-­‐ Saks

v_start   (3.1)

der F_red er forseinking per tog i timar ved redusert fart, S_vred er strekning i km med redusert fart,

 S_brems er bremselengde i km,  S_aks er akselerasjonslengde i km,  v_red er redusert fart i km/t,  v_norm er normal fart i km/t,  vstart er startfart i km/t og  vslutt er sluttfart i km/t.

Kor lenge ein feil kan vare før det blir kanselleringar er vurdert til å vere lik togfølgetida for feil som fører til stopp i togtrafikken. I analysane er det gått ut ifrå at berre det fyrste toget blir forseinka, mens resten av toga som blir påverka av feilen si varigheit blir kansellert. På grunn av låg togtettheit på strekningane i prosjektet er det vurdert at det ikkje vil bli

følgjeforseinkingar ved feil som fører til redusert fart eller enkeltspora drift. Desse feiltypane

gjennomsnittleg nedetid. Føresetnaden om at feil som fører til redusert fart og enkeltspora drift ikkje vil gi følgjeforseinkingar gjer også at normaliseringsperiode, og forseinking per tog ved normalisering, vil vere lik null for desse feiltypane. Ved stoppande feil er forseinking per tog ved normalisering også sett til å vere lik null, noko som er basert på at det er gått ut ifrå at det ikkje blir sett i gong delvis trafikkavvikling. Normaliseringstid for feil som fører til stopp i togtrafikken er rekna ut med Formel 3.2.

𝑁𝑇_!"#$ = 𝑡_!"#+𝑡_!ø!"# =  1

𝑛_!"#  +𝑠!"#$_!"#$$

𝑣_!"#$ (3.2)

der NT_stop er normaliseringstid i timar ved feil som fører til stopp i togtrafikken,

𝑡_!"# er togfølgetid i timar,

 𝑡_!ø!"# er normal køyretid i timar,

 𝑛_!"# er tal på tog per time,

 𝑠!"#$_!"#$$ er lengste avstand i km utan mulegheit for kryssing og

 𝑣_!"#$ er normal fart i km/t.

Formel 3.1 og 3.2, saman med føresetnadane som er gitt for analysane, gir innputt til alle nødvendige kolonnar i konsekvensanalysen av reknearket i Bane NOR (2017c). For å vidare rekne seg fram til forseinkingstimar og kanselleringar for dei ulike strekningane, er formlane som frå før av ligg inne i reknearket nytta.

Analyserapportane påpeikar at det ligg stor grad av usikkerheit i talmaterialet som er brukt i analysane. For å vise korleis endring av nokre av dei usikre parametrane påverkar resultatet av analysane, er det gjennomført sensitivitetsbetraktningar i analysane som omfattar

detaljplan. Det er til dømes gjort endringar på parametrar som logistisk forseinking og lengde på strekning for saktekøyring ved feil. For analysane som er utført i hovudplanfasen til prosjektet er det ikkje gjennomført sensitivitetsbetraktningar, sjølv om usikkerheit er trekt fram på same måte som i analysane frå detaljplanfasen.

3.1.2 Ulrikenanalysen

Analyserapport UUT-00-Q-00135 er frå ei RAM-analyse som ser på eit nytt tunnelløp

mellom Arna og Fløen i Bergen. Analysen ser på delane av infrastrukturen som ikkje omfattar signal, men for den same strekninga er det gjennomført RAM-analyse for signal i

analyserapport UUT-00-Q-18347. Dei to analysane brukar ulik RAM-analysemetodikk, og analysen i analyserapport UUT-00-Q-18347 er presentert i delkapittel 3.1.3, mens analysen i analyserapport UUT-00-Q-00135 er presentert i dette delkapitlet. Funna frå gjennomgangen av sistnemnte analyserapport er kort presentert i Tabell 3.3, før dei er nærmare forklart vidare i delkapitlet.

Tabell 3.3: Kort presentasjon av hovudfunn frå dokumentstudien av Ulrikenanalysen.

Faktor Kommentar

Gjennomføring Feilmode- og konsekvensanalyse er gjennomført, men

vedlikehaldsanalyse for førebyggande vedlikehald er ikkje gjennomført.

Akseptkriterium Basert på tal nytta i tidlegare gjennomført RAM-analyse for strekninga.

Formlar Formlane i reknearket i analysemetodikken til Bane NOR er nytta. Dei fleste innputtverdiar er gitt som sannsynsfordeling, i staden for

punktestimat.

Innputt Basert på ekspertvurderingar.

Usikkerheit Påpeika at eksisterer, og synleggjort ved bruk av Monte Carlo simulering.

Metodikken som er nytta i analysen i analyserapport UUT-00-Q-00135 er basert på Bane NOR si vegleiing for gjennomføring av RAM-analysar, men avgrensa til metodikken for estimering av forventa årlege forseinkingstimar. Det er altså gjennomført feilmodeanalyse og konsekvensanalyse, men det er ikkje gjennomført vedlikehaldsanalyse for førebyggande vedlikehald. Dette er grunngjeve med at vedlikehaldsanalysen for prosjektet er gjennomført og dokumentert tidlegare. Det er derimot ikkje vist til eit dokumentnamn eller nummer for vedlikehaldsanalysen, noko som gjer det utfordrande for andre å finne tak i den, og i denne omgang er det ikkje sett nærmare på analysen.

Akseptkriteriet for forseinkingstimar som er brukt i analysen er basert på tal ifrå

analyserapport UUT-00-Q-18347. Ifølge analyserapporten er dette akseptkriteriet rekna ut ved hjelp av ei ”top-down”-analyse i samsvar med Jernbaneverket (2011c). I Jernbaneverket

(2011c) er akseptabelt tal på forseinkingstimar for dei ulike jernbanestrekningane i Noreg utleia, basert på det totale talet på akseptable forseinkingstimar per år for heile det norske jernbanenettet.

All innputt til RAM-analysen, som er brukt for å verifisere at akseptkriteriet for

forseinkingstimar blir nådd, er basert på ekspertvurderingar. Dette er grunngjeve med at det ikkje har vore muleg å oppdrive konkrete talgrunnlag for analysen, og at gode historiske data ikkje har vore tilgjengeleg for statistisk estimering. Inndeling av feilmodar til analysen er tilpassa etter kva som har vore muleg for driftspersonell og togleiing å kvantifisere, og den tilgjengelege kunnskapen for analysen består av dei involverte personane si subjektive erfaring og kompetanse.

Til forskjell frå det RAM-analysemetodikken til Bane NOR legg opp til er dei fleste

innputtverdiar i RAM-analysen beskrive med ei sannsynsfordeling, og ikkje eit punktestimat.

Dette er grunngjeve med at metodikken skal gjere det muleg å evaluere og analysere usikkerheit i talstorleikane. Vidare er det gjennomført Monte Carlo simulering, der

simuleringsverktøyet @Risk er brukt til å simulere fleire år med drift av strekninga. Denne metoden gjer at ein får ei sannsynsfordeling for årlege forseinkingstimar på strekninga. I følgje analyserapporten er variasjonane i forseinkingstimar, som kan lesast ut ifrå

sannsynsfordelinga, i praksis eit resultat av epistemisk usikkerheit som er usikkerheit på grunn av mangel på kunnskap, og av aleatorisk usikkerheit som er usikkerheit på grunn av naturlege variasjonar. Dette er grunngjeve med at aleatorisk usikkerheit er inkludert i

resultatet ved at nøkkelstorleikar, som til dømes nedetid, er beskrive som stokastiske variablar der det er teke høgde for naturlege variasjonar. I tillegg er det i analyserapporten grunngjeve at epistemisk usikkerheit er inkludert i analysen, då det er subjektive meiningar som står bak vurderinga av dei naturlege variasjonane.

Sjølv om bruk av Monte Carlo-simulering tek høgde for og viser noko av usikkerheita som er knytt til analysen, er det i analyserapporten påpeika at det gjenstår usikkerheit som ikkje er kvantifiserbar. Av denne type usikkerheit er det trekt fram korrektheita av føresetnader som er gjort i analysen, komplettheit i identifikasjon av feilmodar og effekten av mange forenklingar i analysemodellen som er brukt.

3.1.3 Analysar basert på gamal RAM-analysemetodikk

Analysane i fire av dei studerte RAM-analyserapportane (SSG-10-Q-00022, IUP-00-Q- 06869, UVB-50-Q-91022 og UUT-00-Q-18347) baserar seg på RAM-analysemetodikken som var gjeldande i Bane NOR før dagens analysemetodikk blei gjeldande i 2015. Funn frå desse analyserapportane er presentert i fellesskap, då dei gjennom dokumentstudien er vurdert til å vere relativt like og bidra med same type relevant informasjon til masteroppgåva.

Metodikken som er brukt i analysane tek utgangspunkt i Jernbaneverket (2011b), som viser framgangsmetode for gjennomføring av ”bottom-up”-analyse, og Jernbaneverket (2011c), som viser framgangsmetode for gjennomføring av ”top-down”-analyse. Metodikken i Jernbaneverket (2011b) og Jernbaneverket (2011c) har danna grunnlaget for dagens RAM- analysemetodikk i Bane NOR, og er vidare i rapporten omtalt som ”gamal RAM-

analysemetodikk”. I ”Top-down”-analysen blir akseptkriterium for forseinkingstimar rekna ut, mens ”bottom-up”-analysen skal verifisere at akseptkriterium blir nådd. Funn frå

gjennomgangen av analyserapportane er kort presentert i Tabell 3.4, før dei er nærmare forklart vidare i delkapitlet.

Tabell 3.4: Kort presentasjon av hovudfunn frå dokumentstudien av analysar basert på gamal RAM-analysemetodikk.

Faktor Kommentar

Gjennomføring Svarar ut dei fleste punkt i RAM-analysemetodikken til Bane NOR, men inneheld ikkje modell for førebyggande vedlikehald.

Akseptkriterium Rekna ut ved hjelp av ”top-down”-analyse.

Formlar Stort sett like som formlane i dagens RAM-analysemetodikk, men med nokre forenklingar.

Innputt Basert på ekspertvurderingar. Statistikk er brukt for MTTF-verdiar.

Usikkerheit Påpeika at eksisterer, og teke høgde for med bruk av konservative verdiar.

Analysane som baserar seg på gamal RAM-analysemetodikk inneheld både utrekning og validering av RAM-krav, men ikkje modell for førebyggande vedlikehald. Eit rekneark som er svært likt det som inngår i dagens RAM-analysemetodikk er nytta til gjennomføring av analysane. Reknearket har derimot færre felt som krev innputt enn reknearket i dagens analysemetodikk, og inkluderer blant anna ikkje kanselleringar i togtrafikken.

Normaliseringsperiode og forseinking per tog før feilretting er heller ikkje inkludert i